8. 宇宙数学模型

侯工

我们现在讨论的是理论物理，理论物理是从理论上探索自然界未知的物质结构、相互作用和物质运动的基本规律的学科。理论物理的研究领域涉及粒子物理与原子核物理、统计物理、凝聚态物理、宇宙学等，因为有很多实验是不能实行的，比如最小粒子的性质，又比如观察视域以外的天体等。对这些问题的研究，只有理论物理，通过论证或思想实验来解决。

人类可以通过离开地球的卫星来观察地球，看到地球是一个蓝色的星球。但是人类无法离开宇宙来观察宇宙，那么我们可以通过建立数学模型来研究宇宙。

我们观察自然界，月球是球状的，太阳是球状的，吹出来的肥皂泡是球形的，空气中的雨滴也是球形的，这是什么原因？

原来，自然界有一条最省材料又能平稳运动的原理，球形是最省材料而且转动最平稳的。按照这个原理推论，宇宙也应该是个球形的。

那么，宇宙究竟是实心的还是空心的？如果是实心的，天体就像池塘里的鱼儿一样到处乱窜地无序运行，那么互相碰撞就是经常发生的了。所以宇宙是空心形的，而且必须受球面牵引才能运动，这样就保证有序运行了，否则，物体就会像无头苍蝇一样乱飞，或者干脆就不动了。

宇宙球面是宇宙的主脑，是一切精神意识的来源，指挥着宇宙千军万马步调一致地运行。

这样，宇宙的数学模型就比较简单了：

设宇宙球面积为S，宇宙半径为r，则有：

S=4лr^2                                   (1)

由于r=ct(c为光速，t为时间)

则有：S=4лcct^2                         （2）

（2）表示球面的瞬时面积。

两边对t求导，得：

S’=8лtc^2                                (3)

(3) 表示球面瞬时膨胀速度，也就是瞬时膨胀增幅。

瞬时膨胀增幅/瞬时面积称为膨胀率：

8лc^2t/4лc^2t^2=2/t                  （4）

当t到达极限时，膨胀率为0。

当膨胀率为0的时候，所有物体分解完毕，t就是宇宙的寿命。

（3）两边对t求导，得：

S”=8лc^2                               （4）

（4）表示球面积瞬时膨胀的加速度。这里是指面积，然而，球面上两点之间的膨胀是匀速的，没有加速度。例如月球离开地球的速度是3.8cm/年。

地球离开太阳的速度是多少？

计算；

月球到地球的距离为3.844*10^5km

太阳到地球的距离为1.496*10^8km

那么地球离开太阳的速度是38*1.496/3.844=14.79m/年，这样，大概3年就要增加1秒，称为闰秒。大概1亿年后，地球公转一周就要两年时间。闰秒，就是宇宙以球面膨胀方式运动的证据。

有了数学模型，就可以形象地了解宇宙了。